针对推进剂、发射药和炸药中组分迁移的机理、迁移规律的特性表征、迁移的影响因素以及迁移的抑制,介绍了以浓度梯度和极性作用为迁移驱动力的浓度扩散理论与极性作用理论,归纳了基于先进分析技术和迁移动力学的组分迁移量及迁移能力表征方法,阐述了温度、分子间相互作用、交联密度、位阻、结构等因素对组分迁移的影响,总结了化学合成法、材料改性法、添加剂法等迁移抑制方法,提出了建立快速、无损的组分迁移表征方法、完善迁移模型以及新型抗迁移组分的合成等发展方向。附

针对纳米铝粉表面物化性质带来的在含能材料领域中的应用缺陷,综述了纳米铝粉的可控制备方法、活性保护方法,以及保护前后铝粉热性能、能量性能的变化; 重点比较了不同制备方法的优劣,并分析了包覆方法对改性体系热反应活性的影响。在此基础上,提出了纳米铝粉未来的发展方向:研发提高纳米铝粉在复合含能材料中分散性的方法; 探究包覆材料与纳米铝粉结合方式对体系性能的影响机理; 加强改性纳米铝粉的应用研究。指出未来研究应进一步聚焦于改性纳米铝粉与环境兼容性的探索,以提升纳米铝粉在复杂条件下的应用效果。附参考文献66篇。

为了研究探针结构对微波点火性能的影响,使用4种探针对Ti/CuO点火药的微波点火延迟时间进行了测试,并通过模拟对探针结构进行优化,获得了探针参数(长度、包覆层厚度、尖端锥度和镀层厚度)对电场强度的影响规律。结果表明,探针针尖处的电场强度显著影响点火延迟时间,在2.45GHz、50W微波作用下,探针1、2、3、4最大电场分别为1800、190、34和53kV/m,Ti/CuO的点火延迟时间分别为222.6、660.5、949.1和921.3ms; 在2.45GHz、1W微波作用下,当探针长度为26mm、PTFE包覆层长度为8mm、厚度为0.75mm、针尖锥度为0.243和金镀层厚度为5μm时,能够将电场强度从原来的约10kV/m提升到约1000kV/m,并且电场分布集中于尖端。

从减少外界刺激的影响和优化含能材料结构设计的角度出发,综述了单质含能材料在不同降感策略下的降感机制,具体包括缓冲、润滑、导电、吸热和绝热、改善含能材料晶体品质和增强含能分子稳定性等; 分析了多维度降感策略,如使用多功能的降感材料和耦合多种降感手段对应的综合降感机制; 提出了今后含能材料降感的发展方向:研发兼具高能和钝感特性的含能材料,研究含能材料降感机制与使用环境的关联性,以及从分子尺度建立普适性更强的定量化描述感度的模型,为设计新型高能钝感含能材料提供理论指导与技术支撑。附参考文献93篇。

针对膏体推进剂的近燃面区域热解与燃烧过程,对膏体推进剂进行了激光点火燃烧实验,同时基于课题组自主开发的多相化学反应数值求解器,结合14组分14基元化学反应方程对膏体推进剂近燃面区域的热解和燃烧特性进行了研究; 通过实验得到推进剂燃烧火焰的宏观结构并测量恒压条件下膏体推进剂燃烧速率; 通过数值计算分析了膏体推进剂恒压条件下燃烧火焰结构和化学反应次序,同时计算了不同环境压力对膏体推进剂的燃烧过程的影响。结果表明,拟合得到的压力燃烧速率曲线与实验结果吻合较好,在实验压力范围内,对膏体火箭发动机燃烧室内推进剂的燃烧速率具有较好的预测能力; 膏体推进剂燃烧最先发生的反应是AP的分解,而较高的环境压力限制了一次燃烧气体的扩散,但增强了对膏体域的热反馈效应,提高了膏体推进剂的燃烧速率。

为了研究HTPB复合固体推进剂药浆浇铸的最佳工艺参数,采用实验与理论模拟相结合的方法,基于HTPB复合固体推进剂药浆流变性能建立了推进剂药浆流动过程的本构模型; 利用有限元软件对HTPB复合推进剂药浆浇铸工艺进行仿真,通过实验验证了仿真结果的可靠性; 并对该推进剂药浆浇铸工艺进行了优化,获得了最佳浇铸工艺参数。结果表明,HTPB推进剂是典型的假塑性流体,其黏度随剪切速率增大而降低; 实验与仿真对比后的气孔率及浇铸时间误差分别为12.5%和11.25%; 其中,温度对浇铸时间的影响最明显,真空度对气孔率影响最明显。

采用微通道式反应技术,以2,4,5-三碘基咪唑(2,4,5-TII)为原料,分别在20%、50%、65%、98%不同质量分数的硝酸中进行硝化反应,合成2,4,5-三硝基咪唑的咪唑盐(2,4,5-TNI咪唑盐); 采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振光谱(NMR)、元素分析(EA)和熔点测定法等表征了产物结构。结果表明,采用微通道式硝化反应技术时,由2,4,5-TII制备2,4,5-TNI咪唑盐最优工艺条件为:2,4,5-TII与98%硝酸摩尔比为1:20、在微通道式反应器停留时间6min、反应液温度70～72℃,得率为21.8%。微通道式反应工艺与常规釜式反应工艺相比,具有反应时间短、硝化试剂用量降低、反应温度略有降低、得率略有提高的优点,但也无法完全避免氧化副反应的发生。

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性; ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120ms),含能微芯片可在15mJ的输入能量下激发。

为了研究发射药塑化过程中的特征参数,基于双螺杆“塑化-挤出”的方法,研究了溶剂、增塑剂种类和塑化时间对单基药塑化工艺的影响; 利用Owens三液法计算乙酸乙酯(EAC)、四氢呋喃(THF)、丙酮(ACE)和1:1醇酮混合溶剂塑化后NC的表面张力,并进一步研究了不同增塑剂对表面张力的影响。结果表明,1:1醇酮混合溶剂塑化90min后NC表面张力最高(43.07mN/m),且不会粘壁粘杆,是本研究中最合适的溶剂; 通过接触角计算不同塑化时间时不同含氮量(12.14%、12.80%和13.45%)NC的表面张力,其表面张力最大值均出现在90min; 拉伸力学性能研究表明塑化时间为90min时,12.80%NC的单基药同时具有最大抗拉强度(39.10MPa)和最大断裂伸长率(16.9%),与经验法判断塑化效果较好的时间一致; 含氮量12.14%和12.80%NC表面张力最大值随着增塑剂含量的增加均提前至60min出现,13.45%NC表面张力最大值仍于90min时出现; 对应条件下,各组样品的抗拉强度及断裂伸长率与表面张力具有相同的变化趋势。因此,在NC塑化过程中,表面张力与溶剂、增塑剂和塑化时间相关,且与拉伸力学性能变化趋势具有一致性,可作为发射药塑化效果初步判断的特征参数之一。

为了改善HMX的安全性能,将低感度的FOX-7作为二元共晶的另一组分,通过超低温辅助重结晶法制备了不同摩尔比的HMX/FOX-7纳米共晶; 采用SEM、XRD、FT-IR、DSC-TG对HMX/FOX-7纳米共晶的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了分析。结果表明,HMX/FOX-7纳米共晶主要为类球形颗粒堆叠的多孔结构,其粒径主要分布在0.1～0.5μm之间; 在HMX/FOX-7纳米共晶的形成过程中,液氮对溶液的“低温冻结”以及HMX、FOX-7分子间氢键的形成对纳米共晶的形成具有显著影响; HMX/FOX-7纳米共晶的表观热分解焓相比原料大幅上升,并随HMX含量的增加而升高; 与原料HMX相比,HMX/FOX-7纳米共晶的机械感度均大幅下降。当HMX、FOX-7的摩尔比为1:3时,HMX/FOX-7纳米共晶具有最低的机械感度,撞击感度大于45J,摩擦感度为288N。

为了研究生物质燃料的爆炸性,采用TG-DTG热重分析法,分析了几种常见生物质燃料(秸秆、木屑、花生壳)及其混合物的燃烧性能以及动力学参数; 采用扫描电子显微镜(SEM)对几种生物质燃料的微观形貌进行了观察和分析; 利用元素分析仪对该木粉+花生壳粉混合燃料进行了元素分析,基于元素组成计算了其氧化反应所需氧元素的量,然后开展了爆炸试验。结果表明,木粉+花生壳粉(质量比1:1)混合燃料的稳燃特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较高,燃烧性能较好,且活化能适中,表面呈现多孔状且粗糙度较高,自由面较多,比表面积大,更易于燃烧。在直径40mm、长200mm、壁厚1.5mm的钢管内,装40g该混合燃料,充5MPa氧气,能够被一发8号电子雷管成功起爆,基本不产生有毒气体,钢管被炸成不同尺寸的碎片,大部分碎片尺寸在50mm以内。说明生物质燃料在一定的条件下具有爆炸性。

以自制的硝酸锌共晶溶剂(nitro-DES)为硝化试剂,合成了Ag/g-C₃N₄光催化剂,在温和的非酸体系中与苯甲醚硝化反应制备得到二硝基苯甲醚(DNAN); 采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)与能量色散X射线(EDX)光谱等对Ag/g-C₃N₄光催化剂进行表征,并对光催化硝化制备二硝基苯甲醚(DNAN)的机理进行了预测。结果表明,以等摩尔比配制的硝酸锌与氯化胆碱可自发形成一种低熔点的透明极性溶剂,便于可见光能量的输入与传递,同时提供硝化反应的硝基来源; 贵金属的掺杂可显著提高C₃N₄的光催化活性,以氙灯模拟太阳光、反应温度为55℃、光照时间为3h,即可使90%以上苯甲醚转化为DNAN,根据自由基抑制实验,推测其中涉及氮氧自由基为中间体的硝化机理。

为了研究固体推进剂的断裂性能和裂纹扩展机理,介绍了固体推进剂断裂及裂纹扩展的理论研究和常见数值仿真方法,指出扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)是模拟固体推进剂断裂最常见的数值仿真方法; 总结了固体推进剂断裂特性的影响因素,对固体推进剂界面脱湿机理试验研究进行了综述。其中,相较于裂纹尺寸和加载速率,温度、老化和围压3种因素可以改变固体推进剂的裂纹扩展机理。最后对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望,认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附

通过对比金属燃料的氟化/氧化生成物的生成焓及相变温度等物理化学性质的差异,归纳总结了金属基含能体系的氟化释能反应特征及其潜在应用优势; 从典型含氟氧化剂种类及其特性,以及含氟氧化剂在烟火药、推进剂、炸药及铝热剂中的应用等方面,对基于含氟氧化剂的复合含能体系的研究进展进行了梳理; 对含氟氧化剂在复合含能体系中的应用研究发展方向进行了展望。指出应系统开展基于不同氟源的复合含能体系的计算化学研究,从原子/分子层面加深对基于氟化反应的热力学和动力学机制及其构效关系的理解; 此外,还应加深对燃烧反应氟转移机制及预点火条件下界面间氟渗入机理的研究; 在此基础上,从纳米建筑学和反应路径设计的角度,开发适用于不同场景的含能材料的新型含氟氧化剂。附参考文献137篇。

介绍了高速摄影技术、光谱测试技术、激光干涉技术、太赫兹波多普勒测量技术的工作原理及近年来技术上的突破,并介绍了这些技术在炸药爆轰测试领域的应用情况,其中高速摄影技术与激光干涉技术被广泛应用于爆速、爆压测量和冲击起爆领域,光谱测试技术主要用于爆温测量与爆轰产物组分分析,太赫兹波多普勒测量技术用于炸药爆轰波测量; 分析了光电测试技术应用于爆轰性能研究的优缺点并对未来爆轰性能测试技术的发展进行了展望,认为加强炸药爆轰微观测试技术研究、拓宽现有光电测试技术应用领域并将测试数据处理与大数据技术结合是未来炸药爆轰性能研究的重点。附参考文献128篇。

为了探索ETPE基多元含能复合纤维的静电纺丝制备工艺,以聚叠氮缩水甘油醚基热塑性弹性体(GAP-ETPE)为聚合物黏合剂,CL-20、纳米铝粉(n-Al)作为高能组分,采用静电纺丝技术制备了GAP-ETPE基超细含能复合纤维,并对溶剂、前驱液质量分数、固相组分配比等关键工艺参数进行了优化; 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物形貌进行了表征,采用DSC法分析了复合纤维的热分解性能; 测试了复合纤维的机械感度。结果表明,GAP-ETPE基含能复合纤维静电纺丝制备最佳溶剂为丙酮,产物成丝均匀、表面光滑; 在GAP-ETPE/CL-20质量比为3:7、前驱液质量分数为50%时,二元超细含能复合纤维(CL_x-ETPE_y-Z)的成丝效果最优,平均直径约为2480nm; 在铝粉质量分数为10%、前驱液质量分数为50%时,三元超细含能复合纤维(CL-Al_m-ETPE-Z)的成丝效果最优,平均直径约为930nm; 相比于CL-20,CL₇-ETPE₃-50含能复合纤维热分解峰值温度提前了29℃,加入n-Al之后热分解峰值温度提前了32℃,且优于物理共混物(PM); 与CL-20的感度(P=100%、H₅₀=17cm)相比,GAP-ETPE/CL-20和GAP-ETPE/CL-20/Al含能复合纤维的摩擦感度(32%和48%)和撞击感度(29cm和43cm)均大幅降低,且低于同配方的物理共混物。

为了建立通用的固体推进剂点火准则,分别从实验和模拟两个角度总结了近年来国内外固体推进剂的点火准则。实验层面的点火准则包含判定固体推进剂点火的发火/不发火判据、压力判据、温度判据、光谱辐射强度判据、多参数协同点火判据等。对比分析表明,点火准则均受实验条件以及测试设备的限制,且存在温度等关键点火参数测试难度较大、测试参数延迟等缺陷,因此很难进行拓展应用,但多参数协同的点火判据具有更高的准确性和更大的推广可能性。模拟层面则主要是基于固相、气相、异相点火理论建立的温度点火准则、压力点火准则和化学信号点火准则3类。相较于实验点火准则而言,模拟点火准则更符合固体推进剂的点火理论,但需要从实验获得点火温度、动力学数据等关键参数作为模型输入,且不同种类推进剂的点火理论不尽相同,因此该类点火准则仍需进一步研究。此外,对实验、模拟点火准则进行了关联性和通用性讨论。附

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度等工艺进行了优化; 采用扫描电子显微镜(SEM)对Al/B/PTFE含能微球形貌进行了表征; 采用TG-DSC法分析了Al/B/PTFE含能微球的热分解性能; 通过高速摄影和密闭爆发器表征了Al/B/PTFE含能微球的燃烧反应性能。结果表面,水浴温度为25℃、乳化剂为PVA、水油比为80:30和搅拌速度为700r/min是Al/B/PTFE含能微球的最佳制备工艺; 所制备的Al/B/PTFE含能微球的粒径均匀、球形度高且粒径可控,主要粒径分布范围在约300～900μm; 微球的流散性、反应热、燃烧火焰面积和压力输出性能随着粒径的增加,出现先增加后减弱的现象; Al/B/PTFE含能微球的最大反应热,最大火焰面积和最高峰值压力为1097.97J/g,186.06cm²和213.3kPa,分别是物理混合样品的1.77倍、5.16倍和1.37倍。

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕; 建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕形成方式下的发射过程进行了数值模拟,分析了装填参数对发射内弹道性能的影响。结果表明,与全淹没式发射相比,气幕式发射可将最大膛压降低89.4%,射弹初速提高53.3%; 推进用包覆火药的包覆层燃速指数从0.75增大到0.78时,气幕排水时间缩短,弹丸启动时管内燃气体积分数大幅降低,弹丸初速降低,但内弹道全过程大幅缩短,发射频率提高; 包覆层厚度的微小变化对内弹道性能影响较小。

为了研究近海底水下爆炸气-液-固多相耦合作用下的气泡脉动及水射流特性,采用欧拉方法建立不同底质/水深条件下近海底水下爆炸数值模型,对泥底条件下的近海底爆炸全物理过程进行了仿真,并与实验结果进行了对比,结果吻合良好,验证了算法在求解近海底水下爆炸气泡问题的有效性; 在此基础上,探讨了海底底质及水深对近海底水下爆炸气泡形态、半径、周期及水射流的影响。结果表明,在气泡能够分裂的计算结果当中,海底底质越硬,气泡分裂越快,水深越深,气泡分裂越慢; 气泡形态也受底质和水深影响,海底底质越硬,水深越深,气泡在收缩阶段形态将由圆棋子状转变为尖棋子状,气泡最大半径和周期越小,分裂瞬间上方气泡在总气泡体积中占比越大,因分裂产生的两股水射流速度峰值越小; 下方水射流演化过程中会形成反向水射流,底质越硬,反向水射流速度峰值越大,在所有计算工况中,深度参数(H_ref)在250～750范围内,反向水射流速度峰值与H_ref正相关,H_ref在750～1000范围内,两者负相关。

针对线状硝胺含能增塑剂(DNDAs)合成过程中,前驱体甲硝胺(NMA)硝化反应存在放热剧烈、在线量大、有安全隐患等问题,采用微反应技术,以1,3-二甲基脲为原料、硝硫混酸为硝化剂进行硝化反应,进一步水解合成出关键中间产物NMA,并表征了其结构,对反应条件进行了优化。结果表明,微反应技术解决了甲硝胺合成过程中硝化反应放热量大、在线量大等导致的反应难以控制、安全风险高的问题; 得到优化后的微反应器硝化反应最佳工艺条件为:温度为15℃,硝酸、硫酸、1,3-二甲基脲的摩尔比为1:0.78:0.67,平均反应时间为22.5s,甲硝胺收率达到90.7%,纯度为99.2%。表明该工艺具有反应温度高、安全性高、反应速率快、产品收率高等优点。

为了探索水中爆炸初始冲击波近场的传播特性和衰减差异,扩展水箱法测爆压试验的研究范围,采用高速摄影狭缝扫描测试方法,对3种典型的柱状炸药(TNT、JH-14、JO-9159)水中爆炸过程进行了测试研究,测量获得了一维正平面水中初始冲击波传播的时间历程演化曲线; 由此拟合计算出柱状炸药的水中初始冲击波传播速度随时间的变化曲线,进一步由水的冲击雨果尼奥方程和冲击波动量方程、界面上压力和质点速度连续的条件及声学近似理论,计算得到了水中爆炸初始冲击波阵面压力的衰减曲线和炸药试样的爆压、多方指数等爆轰参数。结果表明,水中爆炸初始冲击波阵面压力近似以指数形式衰减,初始阶段衰减极快; 当炸药爆压为20～37GPa时,水中冲击波初始速度处于5.66～6.81km/s的范围,波阵面初始压力与炸药的爆压近似成线性关系; 虽然JO-9159的爆速和爆压均高于JH-14和TNT,但其水中初始冲击波传播仅在7μs后,其冲击波速度与波阵面压力下降至最低,说明以HMX为基的理想炸药水中爆炸初始冲击波速度和波阵面压力的衰减率要高于以RDX为基的理想炸药和TNT,高爆速、高爆压类理想炸药在水中初始冲击波性能方面优势不显著。

为了研究TiZrNbHf RHEA在动态冲击下的力学特性,使用20mm口径的一级轻气炮试验平台进行非对称平板撞击试验; 通过扫描电子显微镜对回收试样进行分析,从微观角度分析其层裂机制。结果表明,在塑性波冲击峰值压力范围为0～20GPa时,TiZrNbHf RHEA的层裂强度范围为1.81～2.41GPa,RHEA的层裂强度明显低于3d族元素HEA; TiZrNbHf RHEA的Hugoniot弹性极限随着冲击速度增大而增大,从3.05GPa增大至3.57GPa,其加速度也随冲击速度增大而增大; 试验得到的Hugoniot状态方程显示出线性关系,通过冷能混合法得到的状态方程与试验数据相比较低,但在实验范围内可以用来预测材料性能。对回收试样的金相分析表明,SE和BSE图显示孔洞相连形成裂纹,其损伤区域存在大量的韧窝和少量的河流状花样,表明其损伤模式为韧性断裂为主的混合断裂模式。

为了探索金属锆粉(Zr)与高能氧化剂复合体系的热分解以及燃烧性能,以4种含能材料(EMs)AP、CL-20、HMX、DAP-4及其Zr/EMs样品为主体,采用差示扫描量热分析、全自动量热法和自主搭建的燃烧实验系统,对样品的热分解行为、燃烧热及点火燃烧过程进行对比分析,收集部分燃烧产物进行表征; 分析了Zr/DAP-4的燃烧机理。结果表明,DAP-4的耐热性能、燃烧热释放等均优于其他EMs样品; 添加Zr后样品的燃烧热更高,E_a更低且热分解温度保持在373.8℃,燃烧性能优于纯DAP-4。相比于Zr/CL-20和Zr/HMX的热分解,Zr/DAP-4的起始分解温度和峰温更高,表观活化能E_a更低,仅为138.7kJ/mol,燃烧热高达17134J/g。从燃烧动态可知,Zr/DAP-4的全过程燃烧仅需要170ms,反应迅速且剧烈,其火焰强度优于其他3种样品。燃烧产物分析表明,Zr/DAP-4燃烧生成了ZrO₂等固体和H₂O、HCl等气体产物。综合分析,Zr/DAP-4具有更高的能量特性和更好的燃烧性能,在未来推进剂配方设计中有很大的应用潜能。

为研究弧锥结合药型罩形成爆炸成型弹丸过程中,药型罩圆弧-锥角部分对爆炸成型弹丸性能的影响,控制其他变量保持不变,取圆弧-锥角在药型罩母线长度所占比例分别为1/7、2/6、3/5、4/4、5/3、6/2、7/1,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行模拟计算,得到相应数值模拟结果,最后通过试验验证数值模拟结果,分析了不同比例圆弧-锥角药型罩形成爆炸成型弹丸数值模拟结果中的速度、长度、压实状况等参数。结果表明,爆炸成型弹丸的速度随圆弧-锥角比例的增大而逐渐减小并在比例为3/5后保持稳定; 弹丸断裂时间随圆弧-锥角比例的增大而减小; 圆弧-锥角比例为3/5～5/3之间弹丸均断裂为3个部分,6/2比例从中间断裂,3/5至7/1比例中,变化不明显; 综合比较速度、断裂时间、断裂部分数等参数,圆弧-锥角比例为5/3速度最大为2123m/s、断裂数量最少为3、压实程度良好,飞行性能和侵彻能力等综合性能更好。通过试验测量弹丸速度,与数值模拟结果误差在5%左右,充分证实研究结果的可靠性。

为了研究镓基液体金属(GLM)-Al-氟聚物的能量释放性能,制备了GLM质量分数分别为1%、3%、5%、7%的GLM-Al,通过3D打印获得了GLM-Al-氟聚物复合反应性材料; 采用SEM、EDS、XRD、XPS、DSC-TG、高速摄影仪和万能拉伸仪对GLM-Al及GLM-Al-氟聚物的微观结构、燃烧性能、力学性能等进行测试。结果表明,质量分数3%的GLM改性的GLM-Al放热量和氧化增重均最大,分别为6181J/g和42.92%; 改性前的Al-氟聚物不能被点燃,改性后GLM-Al-氟聚物可以点燃且可以持续稳定燃烧,在当量比为3.5时的燃速最大,为6.0mm/s; 此时GLM-Al-氟聚物的抗拉强度和断裂伸长率均最大,分别为1.73MPa、11486%,是改性前Al-氟聚物的1.5倍和1.3倍。

为了增加含能材料在生产、使用中的安全性能,利用微流控技术,以改良型氟橡胶作为黏结剂,采用LLM-105和CL-20为原料,成功实现了高能钝感LLM-105/CL-20复合材料的连续且安全的制备; 采用场发射扫描电镜(SEM)观察了样品的微观形貌,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X 射线衍射(XRD)分析了样品的结构和晶型; 采用DSC分析了样品的热分解性能; 测试了原料CL-20及复合粒子的机械感度。结果表明,在优化条件下,即溶剂与非溶剂流速比为1:6,黏结剂质量分数为6%,总流速为80mL/min时,LLM-105能够有效地包覆在CL-20表面,粒径分布范围为0.19～3.92μm; 通过FT-IR和XRD表征,进一步证明LLM-105成功包覆在CL-20表面; 复合粒子的撞击感度从10cm提升至55cm(落锤质量为2kg),显著增强了其安全性能。表明微通道内制备LLM-105/CL-20复合粒子的方法具有降感效果显著的优点,且该方法易于操作,适合连续安全生产。

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe₂O₃颗粒),将纳米CuO和纳米Fe₂O₃负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe₂O₃@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe₂O₃、AP/Fe₂O₃@C; 通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃; AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO₂、N₂O、HNO₃和NO₂,其中NO₂含量最高; AP/Fe₂O₃@C分解主要气相产物中CO₂含量显著提升,NO₂含量稍有降低。

总结了固体推进剂断裂特性的影响因素，对固体推进剂断裂性能及裂纹扩展的研究进展进行了综述；介绍了模拟推进剂断裂及裂纹扩展等过程的常见数值仿真方法；对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望，认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附参考文献75篇。

为了提高水中兵器爆炸毁伤能力评估的准确性,解决现有技术方法无法准确反映近场爆炸能量的问题,开展基于聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)的爆炸能量近场测试技术研究; 利用PVDF薄膜优异的压电性能设计近场压力传感器,并开展水下爆炸试验验证了冲击波压力采集系统的可行性。结果表明,所设计的传感器具有优良的绝缘防护和隔热效果,实现了亚吉帕级压力测量,适用于装药水下爆炸能量的近场测量; 压力测量系统能在3.4倍装药半径位置处采集到峰值达500MPa的完整压力时程曲线,测量结果与Josef Henrych经验公式计算结果的最大偏差为7.3%,最小偏差为0.3%; 基于试验测量的近场压力时程曲线,得到TNT炸药在3.4倍装药半径处的平均比冲击波能为0.991MJ/kg,验证了设计的PVDF压电薄膜传感器适用于精确测量装药的近场水下爆炸能量。研究成果可为装药水下爆炸能量精确测量提供重要方法。

针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程; 结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。

为研究通过静电喷雾制备 Cu-en/AP 复合微球的最佳工艺条件,并揭示静电喷雾过程中液滴性质和流速变化对实验结果的影响,采用 ANSYS(Fluent)模拟正交实验设计静电喷雾法制备Cu-en/AP复合微球的最佳工艺条件; 采用控制变量法模拟流速、溶剂比和固体质量对实验结果的影响。结果表明,流速为 2.67×10^-3kg/s,丙酮与去离子水的质量比为1.5:1.0,固体质量为200mg的工艺条件下,复合微球的理论粒径可以达到纳米级。由静电喷雾发射的液滴在电场内的运动轨迹没有明显的偏差。模拟结果表明,颗粒直径随流速的增加而减小,在此过程中,当流速为1×10^-3kg/s时,这种下降趋势开始缓和; 当增加溶剂比(丙酮含量较高)时,在刚开始时粒径减小,该趋势一直持续到比例为1.5:1.0左右,而后逐渐增大; 固体质量的增加也会导致颗粒直径的减小。在固体质量约为220mg 时,颗粒直径开始线性增加。通过最后的SEM扫描电镜图证实了在该工艺条件下Cu-en/AP复合微球达到了纳米级。

采用微通道式反应技术,分别以1-甲基-2,4-二硝基咪唑(2,4-MDNI)与硝硫混酸硝化反应、2,4,5-三硝基咪唑钾盐(2,4,5-TNIK)与硫酸二甲酯(DMS)甲基化反应,合成了1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI); 采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR))、核磁共振光谱(NMR)、元素分析(EA)、熔点等表征了其结构。结果表明,采用微通道反应技术,基于2,4-MDNI硝化工艺的最优条件为:2,4-MDNI和发烟硝酸摩尔比为2:3、发烟硝酸和20%发烟硫酸体积比为1:2、在微通道反应器中停留时间为12min、反应器中反应液温度为75℃,得率和纯度分别为78.1%和99.2%。基于2,4,5-TNIK甲基化工艺的最优条件为:2,4,5-TNIK、DMS和K₂CO₃摩尔比为1:2:2、在微通道反应器中停留时间为20min、反应温度为70℃,得率和纯度分别为71.3%和99.4%。由此可得,微通道式反应工艺与常规釜式反应工艺相比,具有反应时间短、硝化试剂用量少、反应温度略有降低、得率略有提高的优点。

介绍了硝基芳烃、硝酸酯、硝胺及其他类含能材料的微反应合成,对现有的单质含能材料的微反应合成工艺进行分类叙述,点明了微反应技术可以显著提高产物收率和选择性、减少反应时间以及增加传质和传热效率等优势,并对微反应合成中的堵塞等焦点问题进行了分析; 同时阐述了微反应技术在微纳米含能材料制备及复合含能材料制备中的应用,突出了微反应技术在含能材料粒径、形貌调控及连续化制备等方面的优势,并对现有的技术难点进行了总结,对未来的研究方向进行了展望。指出将微反应技术与数值模拟相结合进行反应及传热结构优化设计、探索反应机理,是微反应技术在含能材料制备领域的重要研究方向。附

基于简单的生产单重乳液的液滴微流控技术,结合相分离和结晶固化的方法,制备出具有对硝基苯甲醛(p-NBA)核层和聚苯乙烯(PS)壳层的核壳结构微球,一步完成了对高能炸药3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的模拟物p-NBA的包覆; 通过调控p-NBA、PS以及赋形剂乙基纤维素(EC)的含量配比,可以得到不同结构和形貌的微球,并研究了上述因素对核壳结构微球的影响; 基于高能炸药DNTF的包覆钝化效果和包覆量双重条件,在使用大相对分子质量(M_r=300000～350000)PS情况下,得出最佳实验条件为:EC和p-NBA质量比为1:10,PS质量分数为8%。结果表明,赋形剂的添加有助于促进p-NBA的结晶,使其能够在液滴相分离的时候形成球形颗粒,从而被完整包覆; PS在微液滴中的初始质量分数越大,形成的壳层越厚、球形度越高,但封装DNTF的壳层越厚,爆炸威力会降低。

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂; 固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314; 应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变; 空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。

利用CO₂激光点火燃烧试验系统研究了HTPE固体推进剂的点火能量和燃烧特性,分析了压力、气氛、初始温度(-50～70℃)和燃速调节剂对HTPE固体推进剂燃速、火焰形态、燃烧温度和最小点火能的影响。结果表明,相对于端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂,HTPE固体推进剂的火焰强度、燃速、燃烧温度较低; 温度、压力和氧气含量的增加可提高HTPE固体推进剂的燃烧强度并降低其最小点火能量,在-50℃环境下,3种HTPE固体推进剂(HTPE_0、HTPE_Ca、HTPE_Sr)的最小点火能量分别为0.738、1.038和1.862J,低温初始环境能够显著增大最小点火能; 碳酸钙和碳酸锶对HTPE固体推进剂的燃速具有抑制作用。

基于水下爆炸理论,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立了CL-20基含铝炸药水下爆炸模型,分析了冲击波载荷和气泡动力学特性; 在此基础上探究了双发CL-20基含铝装药水下爆炸冲击波时空分布规律及气泡融合特性,讨论了不完整刚性边界附近双发CL-20基含铝装药水下爆炸气泡动力学特性,得到了装药种类、破口尺寸和爆距3种关键因素对双发装药水下爆炸气泡载荷特性的影响。结果表明,与TNT装药相比,CL-20基含铝装药水下爆炸气泡半径和脉动周期更大,气泡最大半径增大了27%,脉动周期提高了65%,但气泡脉动压力小于TNT。双发CL-20基含铝装药在水平和垂直位置具有特征尖锐波峰-波谷载荷曲线和特征双峰曲线,冲击波峰值压力大于单发装药,最大增长率可达48.26%。不完整刚性边界破口尺寸、爆距增大会增加双发装药气泡射流宽度和持续时间,CL-20会加剧不完整边界对气泡动力学的影响。

Incorporating aluminum metal-organic frameworks(Al-MOFs)as energetic additives for solid fuels presents a promising avenue for enhancing combustion performance. This study explores the potential benefits of Al-MOF(MIL-53(Al))energetic additive on the combustion performance of hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB)fuel. The HTPB-MOF fuel samples were manufactured using the vacuum-casting technique, followed by a comprehensive evaluation of their ignition and combustion properties using an opposed flow burner(OFB)setup utilizing gaseous oxygen as an oxidizer. To gauge the effectiveness of Al-MOFs as fuel additives, their impact is compared with that of nano-aluminum(nAl), another traditional additive in HTPB fuel. The results indicate that the addition of 15%(mass fraction)nAl into HTPB resulted in the shortest ignition delay time(136ms), demonstrating improved ignition performance compared to pure HTPB(273ms). The incorporation of Al-MOF in HTPB also reduced ignition delay times to 227ms and 189ms, respectively. Moreover, under high oxidizer mass flux conditions(79—81kg/(m²s)), HTPB fuel with 15% nAl exhibited a substantial 83.2% increase in regression rate compared to the baseline HTPB fuel, highlighting the positive influence of nAl on combustion behavior. In contrast, HTPB-MOF with a 15% Al-MOF additive showed a 32.7% increase in regression rate compared to pure HTPB. These results suggest that HTPB-nAl outperforms HTPB-MOF in terms of regression rates, indicating a more vigorous and rapid burning behavior.